CN104881051B - 一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：包括过水箱、升降水箱、升降控制装置、行程开关、电磁锁和控制器。过水箱安装于沟渠护坡中，内部安装有升降水箱，升降水箱顶部安装有挂钩和定位杆。滑轮支架固定于过水箱顶部，滑轮支架两端安装有滑轮，钢丝绳穿过小惯量阻尼器并分别与挂钩和配重块连接，升降水箱可在过水箱中上下运动。行程开关固定于过水箱顶部内侧，电磁锁固定于过水箱侧壁，所述控制器固定在过水箱的顶部并与行程开关和电磁锁连接，用于接收行程开关的触发信号，还能控制电磁锁的开启和关闭。本发明具有结构简单、计量精确、易实现远程自动控制等优点，尤其适合实现对田间灌溉用水量的精确计量及控制。

Description

一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置

技术领域

本发明涉及一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，属于农田水利技术领域。

背景技术

水是农业的命脉，农业用水占全国总用水量的近70%，其中的90%用于农田灌溉，灌区在提高土地生产力、提高人们生活水平和发展区域经济中具有重要作用。然而，随着我国社会经济的快速发展，灌区中存在的问题也越来越突出，尤其是我国北方大型灌区中水资源较少、农田用水量大、灌溉效率低下，这造成了大力漫灌、土地盐碱化、灌溉用户节水意识差、水资源浪费等现象严重。目前，灌区内各个用水户及用水机构间的矛盾严重，日益短缺的水资源已成为影响灌区进一步发展的重要问题，因此大力配置合理且高效的量水设施，实行有效节水、定额供水和按量收费已成为迫切任务。

灌区节水是指采用先进的管理技术措施，以较少的水量满足农作物正常生长的用水需求，其实施的先决条件是田间灌溉用水的准确计量。灌区量水虽然不是直接的节水措施，但它却是农业用水合理分配及采取高新节水措施的基础性工作。实践证明，大力推广灌区量水装置是提高灌区管理水平和用水效率的有力措施，也是核订和按方计征水费的可靠依据。然而，多年来我国除了少数灌区外，绝大多数只是在输水干、支渠设置一些量水设施，而很少于单块农田入口处安装水量计量装置，这使得灌区的用水情况在大尺度上把握较为精确，但是对单个灌溉用户的水量把握不是很确切。

目前所使用的农业水量计量装置的结构形式、排布方式和外形有多种类型，如明渠式、过水箱式、管道式，它们计量的原理基本可分为连续型计量和非连续型计量，同时各种具有一定科技含量的装置也在不断涌现，如超声波流量计、电磁流量计等。实践证明，灌区量水设施修建促进了农田用水利用率、水费回收率及灌区经济效率的提高，但是这些量水设施在实际使用中还存在着不足，如量水堰、量水槽等装置精度较低；大型计量装置需要资金较多、占用田地较大；高精度仪表类装置维护和校正要求高，适用范围有限；纯机械类计量装置信息采集较困难，自动化程度较低等等。因此，目前我国灌区亟需一种适用于单块农田灌溉用水计量的发明装置，它应能够精确计量田间灌溉用水并便于维护，同时它在实施过程中应在一定程度上实现远程网络化控制和管理，做到灌区灌溉效率和管理水平的共同提高。

发明内容

本发明提出了一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，采用离散式水量计量方法，具有结构简单、计量精确的优点，可用于对田间灌溉用水量的准确计量及自动控制，有利于实现水资源的利用效率及灌溉水量智能化控制。

本发明的技术解决方案：其特征是包括过水箱、升降水箱、升降控制装置、行程开关、电磁锁和控制器。

所述过水箱安装于沟渠护坡中，内部安装有升降水箱。所述升降水箱顶部安装有挂钩和定位杆，所述升降控制装置包括滑轮支架、小惯量阻尼器、滑轮、钢丝绳和配重块，所述滑轮支架固定于过水箱顶部，滑轮支架两端安装有滑轮，钢丝绳穿过小惯量阻尼器并分别与挂钩和配重块连接，升降水箱可在过水箱中上下运动。所述行程开关固定于过水箱顶部内侧，所述电磁锁对称固定于过水箱侧壁上，所述控制器固定在过水箱的顶部并与行程开关和电磁锁连接，控制器接收行程开关的触发信号，还能控制电磁锁的开启和关闭。

本发明具有如下优点和有益效果：

1) 本发明采用离散式水量计量方法，通过累计升降水箱单次过水量和升降次数来计算总过水量，计量精度高于普通连续式计量装置；

2) 通过更换不同重量的配重块，可调节升降水箱单次过水量，从而使本发明适用于各种水流量的场合，适应性强；

3) 本发明装置中升降水箱的进水口和出水口交替开启，这种离散式过水方式对水流具有一定阻力，在沟渠中大量安装条件下，有利于保持沟渠网络内的水头稳定，从而有效的避免上游和下游田块灌溉水量分配不均衡的问题；

4) 本发明采用水量计量和过水控制一体化结构，当实际过水量超过预置过水总量时可自动停止灌溉，从而实现灌溉过程的水量监控及自动控制，有效的避免了过度灌溉带来的水资源浪费；

5) 本发明适应性强，水流中泥沙等杂物不会影响到计量的准确性；

6) 本发明装置结构简单，便于安装，非灌溉期可以方便取走。

附图说明

附图1是本发明的主视图（升降水箱处于上位状态）；

附图2是本发明的主视图（升降水箱处于下位状态）；

附图3是本发明的右视图；

附图4是过水箱左侧视图；

附图5是过水箱右侧视图；

附图6是升降水箱左侧视图；

附图7是升降水箱右侧视图。

图中的1是沟渠护坡、2是水面、3是过水箱、4是定位杆、5是行程开关、6是控制器、7是滑轮、8是小惯量阻尼器、9是滑轮支架、10是钢丝绳、11是电磁锁、12是排气孔、13是配重块、14是升降水箱、15是田块、16是挂钩。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1~图7所示，一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：包括过水箱3、升降水箱14、升降控制装置、行程开关5、电磁锁11和控制器6。

所述过水箱3为一长方体中空箱体，其左侧上部开口，右侧下部开口。箱体壁厚3cm~5cm，采用工程塑料整体成形。过水箱3安装于灌溉渠道靠近田块15一侧的沟渠护坡1中。过水箱3左侧挡板边缘高于渠道底部10~20cm，渠内的水可流入过水箱3内。

所述升降水箱14为一长方体中空箱体，其左侧中部开口，右侧下部开口。升降水箱14安装于过水箱3的内部，其长度和宽度均与过水箱3内部的长、宽相同，其高度低于过水箱3内部高度10~20cm。当升降水箱14处于上位状态时，其右侧出水口被过水箱3右侧挡板封闭；当升降水箱14处于下位状态时，其左侧入水口被过水箱3左侧挡板封闭。

所述挂钩16固定于升降水箱14的顶部中心位置，所述两个定位杆4固定于升降水箱14的顶部，并对称分布于挂钩16两侧，用于限定升降水箱14上升后的位置。升降水箱14顶部还开设有排气孔12，用于排出进水过程中升降水箱14上部被封闭的空气。

所述升降控制装置包括滑轮支架9、小惯量阻尼器8、滑轮7、钢丝绳10和配重块13。所述滑轮支架9固定于过水箱3顶部，所述滑轮7安装于滑轮支架9两端，所述小惯量阻尼器8固定于滑轮支架9的中部。所述钢丝绳10穿过小惯量阻尼器8和滑轮7，两端分别与挂钩16和配重块13连接，在所述升降控制装置的带动下，升降水箱14可在过水箱3中上下运动。

所述行程开关5固定于过水箱3顶部内侧，采用滚轮柱塞式防水行程开关。行程开关5的安装长度大于定位杆4长度5~8mm，以保证升降水箱14处于上位状态时能稳定触发行程开关5。

所述两个电磁锁11对称固定于过水箱3侧壁上，当电磁锁11处于关闭状态时锁芯伸出，锁芯可插入升降水箱14上对应的锁孔内，使得升降水箱14保持在提升位置，渠内的水不能通过过水箱3；当电磁锁5处于开启状态时锁芯从升降水箱14的锁孔内抽出，使得升降水箱14可以在过水箱3中自由运动。

上述控制器6固定于过水箱3的顶部，由JDM11-6H型电子脉冲计数器、单片机程控模块、电磁锁驱动器及相关电路组成。所述电子脉冲计数器可将行程开关5采集的升降水箱14的升降次数转换为数字信号传递给单片机程控模块，所述单片机程控模块可将升降水箱14的升降次数换算为总过水量。当总过水量值达到预设过水量时，单片机程控模块向电磁锁驱动器发出触发信号，从而驱动电磁锁11进行开启和关闭动作。

本发明的工作过程：

当实际灌溉用水量未达到设定用水量时，电磁锁11处于开启状态，电磁锁11的锁芯从升降水箱14的锁孔中抽出，使得升降水箱14可在过水箱3中自由升降。当升降水箱14处于上位状态时，其左侧入水口开启，而右侧出水口被过水箱3右侧挡板封闭，沟渠中的水可快速的进入并停留在升降水箱14中，升降水箱14顶部的排气孔12可将箱内封闭的空气排出，从而不阻碍进水过程。进水后的升降水箱14重量大于配重块13的重量，升降水箱14下降至下位状态，同时带动钢丝绳10将配重块13提升一定高度。升降水箱14处于下位状态时其左侧入水口被过水箱3的左侧挡板封闭，而右侧出水口开启，此时沟渠中的水不能进入到升降水箱14中，而升降水箱14中的水从过水箱3右侧出水口快速流入到田块15中。排水后的升降水箱14重量3小于配重块13的重量，升降水箱14会被钢丝绳10牵引提升至上位状态，其顶部触碰行程开关5，从而完成一次进水和排水过程。安装于滑轮支架9上的小惯量阻尼器8用于减缓升降水箱14的上升和下降速度，从而保证了升降水箱14运动过程的平稳，不会产生临界振动现象。行程开关5将采集到的触发信号输入到控制器6中，控制器6可将升降水箱14的升降次数进行累计并转换为过水量；

当实际灌溉用水量已达到设定用水量时，控制器6驱动电磁锁11关闭，电磁锁11的锁芯锁芯插入升降水箱14上对应的锁孔内，使得入升降水箱14保持在上位状态，渠内的水不能通过过水箱3流入田块15中，灌溉过程停止。电磁锁11需经管理员授权后才能再次开启，以控制灌溉用水的合法性。本发明在实施过程中控制器6可实现远程网络化控制和管理，从而实现灌溉过程的水量监控及自动控制；

为了获得较高的流量计量精度，本发明在使用前或调整配重块重量后需进行标定，以获取升降水箱14单次升降动作的过水量值，并输入到控制器6中的单片机程控模块中。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：包括过水箱、升降水箱、升降控制装置、行程开关、电磁锁和控制器；其中过水箱安装于沟渠护坡中，内部安装有升降水箱，升降水箱顶部安装有挂钩和定位杆，滑轮支架固定于过水箱顶部，滑轮支架两端安装有滑轮，钢丝绳穿过小惯量阻尼器并分别与挂钩和配重块连接，升降水箱可在过水箱中上下运动；行程开关固定于过水箱顶部内侧，电磁锁固定于过水箱侧壁，所述控制器固定在过水箱的顶部并与行程开关和电磁锁连接，用于接收行程开关的触发信号，还能控制电磁锁的开启和关闭；

所述升降水箱为一长方体中空箱体，其左侧中部开口，右侧下部开口，升降水箱安装于过水箱的内部，其长度和宽度均与过水箱内部的长、宽相同，其高度低于过水箱内部高度10~20cm。

2.根据权利要求1所述的一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：所述过水箱为一长方体中空箱体，其左侧上部开口，右侧下部开口，过水箱安装于灌溉渠道靠近田块一侧的沟渠护坡中，过水箱左侧挡板边缘高于渠道底部10~20cm，渠内的水可流入过水箱内。

3.根据权利要求1所述的一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：所述的升降水箱的顶部中心位置安装有挂钩，升降水箱的顶部还安装有两个定位杆，两个定位杆对称分布于挂钩两侧。

4.根据权利要求1所述的一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：所述升降控制装置包括滑轮支架、小惯量阻尼器、滑轮、钢丝绳和配重块；所述滑轮支架固定于过水箱顶部，所述滑轮安装于滑轮支架两端，所述小惯量阻尼器固定于滑轮支架的中部，所述钢丝绳穿过小惯量阻尼器和滑轮，钢丝绳两端分别与挂钩和配重块连接。

5.根据权利要求1所述的一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：所述行程开关固定于过水箱顶部内侧，其安装长度大于定位杆长度5~8mm。

6.根据权利要求1所述的一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：所述控制器与行程开关连接，可接收行程开关采集的开关脉冲信号并转换为过水量。

7.根据权利要求1所述的一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置，其特征在于：所述控制器还与电磁锁连接，可驱动电磁锁进行开启和关闭动作。

8.如权利要求1所述的一种自升降式灌溉水量精确计量及控制装置的工作过程，其特征是当实际灌溉用水量未达到设定用水量时，电磁锁处于开启状态，电磁锁的锁芯从升降水箱的锁孔中抽出，使得升降水箱可在过水箱中自由升降；当升降水箱处于上位状态时，其左侧入水口开启，而右侧出水口被过水箱右侧挡板封闭，沟渠中的水可快速的进入并停留在升降水箱中，升降水箱顶部的排气孔可将箱内封闭的空气排出，从而不阻碍进水过程；进水后的升降水箱重量大于配重块的重量，升降水箱下降至下位状态，同时带动钢丝绳将配重块提升高度；升降水箱处于下位状态时其左侧入水口被过水箱的左侧挡板封闭，而右侧出水口开启，此时沟渠中的水不能进入到升降水箱中，而升降水箱中的水从过水箱右侧出水口快速流入到田块中；排水后的升降水箱重量小于配重块的重量，升降水箱会被钢丝绳牵引提升至上位状态，其顶部触碰行程开关，从而完成一次进水和排水过程；安装于滑轮支架上的小惯量阻尼器用于减缓升降水箱的上升和下降速度，从而保证了升降水箱运动过程的平稳，不会产生临界振动现象；行程开关将采集到的触发信号输入到控制器中，控制器可将升降水箱的升降次数进行累计并转换为过水量；

当实际灌溉用水量已达到设定用水量时，控制器驱动电磁锁关闭，电磁锁的锁芯插入升降水箱上对应的锁孔内，使得升降水箱保持在上位状态，渠内的水不能通过过水箱流入田块中，灌溉过程停止；为了获得较高的流量计量精度，在使用前、调整配重块重量后需进行标定，以获取升降水箱单次升降动作的过水量值，并输入到控制器中的单片机程控模块中。